电火花线切割加工又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝 (称为电极丝) 作电极, 对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件, 例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等, 成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极, 各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等, 具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点, 已在生产中获得广泛的应用, 目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。
根据电极丝的运行速度不同, 电火花线切割机床通常分为两类: (1) 高速走丝电火花线切割机床 (WEDM-HS) :其电极丝作高速往复运动, 一般走丝速度为8 m/s~10m/s, 电极丝可重复使用, 但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿, 使加工质量下降, 是我国生产和使用的主要机种, 也是我国独创的电火花线切割加工模式。 (2) 低速走丝电火花线切割机床 (WEDM-LS) :其电极丝作低速单向运动, 一般走丝速度低于0.2m/s, 电极丝放电后不再使用, 工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好, 是国外生产和使用的主要机种。
中国特有的高速走丝电火花线切割机, 由于结构简单、造价低、工艺效果好, 加上使用过程消耗少, 自上世纪60年代末被研制成功之后就得到飞速发展, 现已成为制造业中一种必不可少工艺装备。
目前我国年产量已超过3万台, 约占世界电火花线切割机总产量的70%。但由于其加工质量问题未得到有效解决, 而随着国外生产的低速走丝电火花线切割机 (WEDM-LS) 技术水平的不断提高, 曾令中国人感到自豪的中国特有的WEDM-HS, 如今却陷入难于发展的困境 (见表1) 。
电火花线切割加工是基于电极丝与工件之间脉冲放电时的电腐蚀现象, 即每次脉冲时都会产生大量的热量使放电点附近的局部金属瞬时融化和气化, 并把熔融和气化金属去除, 从而在工件表面形成一个小凹坑。如果所用的脉冲放电能量大, 加工速度就快;但放电凹坑也大, 加工表面粗糙度差。
电火花线切割加工技术自上世纪50年代末研制成功之后, 有相当长的一段时间都是采用精规准参数进行一次切割成型, 其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾, 即在一次切割过程中, 既要获得很高的切割速度, 又要获得很好加工表面质量是十分困难的。随着模具工业的发展, 广大用户都纷纷提出, 电火花线切割加工不仅要切割速度快, 而且要求加工质量好, 否则难于满足模具发展需要。为了满足用户需要, 国外低速走丝电火花线切割机都开发应用了多次切割技术, 即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割, 然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割, 将加工表面逐级修光, 以获得较理想的加工表面质量和加工精度。低速走丝电火花线切割加工采用多次切割技术的应用结果表明, 多次切割是解决切割速度与加工表面质量矛盾, 提高线切割综合工艺效果的有效办法。
在国外低速走丝电火花线切割机上开发应用多次切割技术的同时, 国内也在WEDM-HS上进行了大量的多次切割试验, 但始终没有在生产实践中得到应用, 其主要原因是:在电极丝高速移动的情况下, 运丝系统工作不稳定, 电极丝的空间形位变化异常, 使先后二次切割的空间位置难于保证一致, 加上高速走丝线切割的往返切割条纹明显, 要在WEDM-HS上实现多次切割比较困难。
大量试验研究结果表明, 中国特有的高速走丝电火花线切割机采用多次切割工艺, 不仅是必要的, 而且是有可能的, 但必须创造如下条件: (1) 按国家有关技术标准, 严格控制高速走丝电火花线切割机的制造精度和运丝系统的稳定性。 (2) 深入研究电极丝在加工过程中的空间形位变化, 并提出稳定电级丝空间形位的有效措施。 (3) 采取有效措施, 抑制往返切割条纹的产生。 (4) 开发一种能满足多次切割需要的高频脉冲电源及其跟踪控制系统。 (5) 深入研究WEDM-HS的多次切割工艺, 合理设定粗切割、精修及精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方式及其速度等, 并开发相应的多次切割软件。 (6) 在机床和控制上要提高其稳定性, 开发了高度集成的控制系统。
我国部分数控机床公司在高速走丝电火花线切割机基础上, 利用国际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝技术的应用, 开发了一种能实现多次切割的智能化系列中速走丝电火花线切割机。智能化系列高速走丝机之所以能像低速走丝机那样进行多次切割, 是因为对原有的高速走丝机进行了下述富有成效的改革: (1) 采用高耐磨性导向装置。 (2) 使用特殊开发的驱动控制电源和高灵敏的自动控制脉冲电源。 (3) 采用新型芯片、混合集成电路并进行了表面安装处理。 (4) 采用智能化系统切割技术, 可以自动化调节电参数以实现无条纹切割。 (5) 所开发的高频脉冲电源能满足多次切割需要:大幅度提高了脉冲电流幅值;最大限度缩短了脉冲放电的最小持续时间 (最小脉宽小于1μs) 。 (6) 改革了跟踪控制方法: (1) 第一次大电流快速切割时采用过跟踪控制, 以避免断丝现象的发生; (2) 第二次、第三次修光切割时采用限速进给的控制方式, 以提高切割表面质量。 (7) 在工艺试验的基础上, 开发了多次切割软件。
总之, 中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。凡能实现多次切割的高速走丝电火花线切割机, 在保留其结构简单、造价低、工艺效果好以及使用消耗少等特点基础上, 都能大幅度提高线切割加工质量。但是, 不是所有的高速走丝线切割机都能进行多次切割, 而应该像智能系列线切割机那样进行必要的改革, 创造多次切割所需的必备条件。就像上面提到的一样, 中速走丝电火花线切割机是一种价格较低, 加工精度、粗糙度、加工效率介于高速走丝与慢走丝的一种机床, 特别适合我们发展中国家的中等要求的模具加工, 我想, 不久的将来中速走丝电火花线切割机必将代替高速走丝电火花线切割机而成为市场的宠儿。
摘要：电火花线切割机床通常分为两类:一类是高速走丝电火花线切割机床, 另一类是低速走丝电火花线切割机床 (WEDM-LS) , 低速走丝线切割机床工作平稳、均匀、抖动小、加工质量好, 是国外生产和使用的主要机种, 但价格高, 中国特有的高速走丝电火花线切割机, 由于结构简单、造价低、工艺效果好, 得到飞速发展, 但由于其加工质量问题未得到有效解决, 加上目前模具行业对精度、粗造度要求越来越高, 使得高速走丝线切割机的应用和发展陷入困境, 本文介绍一种新的线切割种类, 它是在高速走丝电火花线切割机的基础上研究、改进、发展而成的特别适合我国当前发展需要和国情的中走丝线切割机。
关键词：电火花,线切割,中走丝,发展趋势